發現野生的超巨大黑洞

宇宙中有許多黑洞，這些黑洞就像是星星一樣，有的大、有的小，通常巨大的黑洞位於星系的中心，例如我們的銀河系中央，就有一個超巨大的黑洞。天文學家推測其他的星系中央也有巨大的黑洞，而且如果這個星系愈大，在中央的黑洞就愈大。目前找到最大的黑洞，質量相當於210億個太陽，位於后髮座星系團中，這個星系團中有一千多個星系，非常密集。至於其他超大質量黑洞（質量相當於100億個太陽）之前也都是在非常大的星系團中發現的。

但是最近，由美國加州大學柏克萊分校的天文學家馬中珮所領導的團隊，在一個橢圓星系中發現了一個超大質量黑洞，質量相當於170億個太陽，這個黑洞位於一個叫做NGC 1600的橢圓形星系中，但是這個星系所在的星系團只有20多個星系，比后髮座星系團小多了。宇宙中像NGC1600這樣的小星系團的數量可能比后髮座星系團這樣的大星系團多了50倍左右。

小星系團裡的大黑洞

在小星系團中發現超大質量黑洞會讓人意外，是因為目前認為質量大的黑洞應該出現在物質多的地方，這樣形成的時候本身的質量才會大。用比喻來說，就是在大的池塘中養出的魚才會大。天文學家本來預測位在NGC 1600這樣大小的星系中央的黑洞，質量大約相當於十億個太陽，但是實際找到的卻大了十倍以上，因此馬中珮說：「看來對於超大質量黑洞來說，這樣的關聯並不適用。」換句話說，在小池塘中發現了大魚。

不過你也知道黑洞看起來黑黑的，目前根本沒有人直接觀察到黑洞，那麼要怎麼知道黑洞的大小呢？就像是太陽系的行星會繞著太陽運行，在星系中央附近的恆星也會繞著黑洞旋轉，我們可以用望遠鏡觀察到這些恆星，由這些恆星的運動速度與方向，反推位在中央的黑洞有多大。這次在NGC 1600星系中央的黑洞也是這樣觀察到的。

星系合併，黑洞也合併

那麼接下來的問題是，這個所在位置異常的超大質量黑洞是怎麼出現的？可能的原因之一是這是很久之前，二個星系融合在一起，原本在這二個星系中央的黑洞就位在這個新星系的中央，彼此繞著旋轉，然後慢慢接近，最後成為融合成為一個更大的黑洞。二個星系融合的時候，會產生大量的氣體（畢竟有很多星星撞在一起），這個合併而成的黑洞會吸收這些氣體，讓自己變得更大。馬中珮說：「這個黑洞應該有個時期非常貪吃，狼吞虎嚥了很多氣體。」

那個狼吞虎嚥的黑洞現在已經吃飽了，但是周圍依然有恆星圍繞著，不過有些恆星的路徑沒有那麼彎，就像是之前二個黑洞還在彼此圍繞時的樣子，這是因為有的恆星在靠近那二個黑洞時，由於黑洞也在運動，因此軌道就被運動中的黑洞稍微拉直了一點，這也是科學家推測這個超大黑洞是由二個黑洞融合在一起而成的原因之一。

這個原因也可以解釋為什麼NGC 1600星系的核心比起其他橢圓星系要黯淡一些，也就是含有的星星比較少。這是因為有些星星被之前的二個黑洞給拉動而「甩」了出去。是的，不是被吸進黑洞中，而是被移動中的黑洞拉著而加速，然後甩了出去。（這種效應叫做「重力彈弓」，許多探測太陽系外圍的太空船也會利用土星或木星的重力彈弓效應來加速。）根據估計，NGC 1600星系中央被拋出去的質量，相當於400億個太陽，也就是整個銀河系那麼大。

既然在比較小的星系中也可以發現那麼大的黑洞，那麼在宇宙中，超大質量黑洞的數量可能比之前推測的還要多。上上期我們報導了科學家偵測到二個黑洞合併時發出的重力波（見2016年4月號〈重力波現身了！〉），現在又發現了二個黑洞合併形成的超大黑洞。看來黑洞合併在宇宙中，可能不是什麼稀奇的事情呢！